Вплив на сперміїв факторів довкілля

Застосовувана для штучного осіменіння сперма, перш ніж потрапити у статеві тгляхи самки, витримується (зберігається) деякий час в умовах довкілля. Тут на спер­міїв можуть діяти різні фактори, які здатні сповільнювати або ж навіть порушувати фоцеси обміну речовин і як наслідок- живучість сперміїв, а отже і запліднююча :дгтність може чи то зберігатися, чи погіршуватися, чи, нарешті, втрачатися. Тому [ тоібно знати вимоги сперміїв до умов зовнішнього середовища.

Спермії мають напівпроникну оболонку і можуть існувати лише у порівняно вузько-гу діапазоні концентрацій осмотично активних речовин у навколишньому середовищі.

Сперма різних тварин відрізняється між собою за вмістом у ній солей (електро-шпів) та органічних сполук (неелектролітів). Виживання сперміїв у значній мірі зале-- ::ть від співвідношення у спермі електролітів та неелектролітів. У чистих розчинах :: лей чи цукрів воно звичайно гірше, ніж у їх сумішках.

Наявні у плазмі сперми солі розпадаються на позитивно заряджені іони металів

пгіони) та від'ємно заряджені кислотні лишки (аніони). Одновалентні катіони (ка-

■ю, натрію) не проявляють негативного впливу на спермії, а дво- і тривалентні каті-

127

Розділ 4

они (кальцію, магнію) знімають електричний заряд і викликають аглютинацію спер­міїв. Аніони слабо дисоційованих кислот зміцнюють оболонку сперміїв, тоді як аніон хлору руйнує її і вкорочує виживання сперміїв.

Високе виживання сперміїв у придатку сім'яника у значній мірі зв'язане з низь­ким вмістом тут електролітів. Збільшення їх вмісту у спермі під час еякуляції су­проводжується зниженням живучості сперміїв. Чим сильніше сперма розріджена се­кретами додаткових залоз, тобто, чим вищий у ній вміст електролітів, тим швидше спермії гинуть.

Розчинені у плазмі сперми органічні речовини та солі проявляють на спермії пев­ний осмотичний тиск. При цьому неорганічні речовини, що звичайно розпадаються на йони, проявляють більший тиск, ніж органічні, які перебувають у розчині у вигляді цільних молекул.

Величину осмотичного тиску звичайно виражають терміном "депресія", тобто рівнем зниження точки замерзання розчину у порівнянні з дистильованою водою, в градусах, паскалях (Па) чи атмосферах. У бугая, наприклад, вона складає 0,591° (4,812-9,42 атм. чи 0,94 кПа), барана- 0,644° (5,05-11,0 атм чи 1,02 кПа), кнура -0,617° (6,17-9,20 атм. чи 0,93 кПа), жеребця - 0,56° (3,75-8,59 атм. чи 0,93 кПа).

При зберіганні сперми поза організмом внаслідок накопичення продуктів обміну речовин змінюється її осмотичний тиск, що позначається на живучості сперміїв. Най­краще вони виживають у середовищах, осмотичний тиск яких на оболонку спермія зрівноважується з тиском розчинених у них речовин. Такі розчини називають ізото­нічними. Якщо спермії помістити у середовище з нижчим осмотичним тиском, тобто гіпотонічне, або звичайну воду, то вони швидко набухають і гинуть внаслідок високо­го внутрішньоклітинного тиску; при цьому їх хвостики закручуються кільцеподібно.

0*аС1)

(№⁺ та СІ"),

(Ка₂80₄),

У гіпертонічному розчині спермії зморщуються від обезводнювання, їх хвости­ки вигинаються кривульчасто і вони гинуть. Особливо згубними для сперміїв є різкі зміни осмотичного тиску. Тому при виготовлені середовищ необхідно враховувати їх осмотичний тиск. Згідно правила Вант-Гоффа і Рауля при розчинені однієї граммоле-кули неелектроліту у 1 л дистильованої води її осмотичний тиск зростає до 22,4 атм. чи 2,98 кПа. При цьому точка депресії розчину знижується до -1,86 °С. Оскільки точ­ка депресії сперми бугая у три рази нижча, то для виготовлення ізотонічного розчи­ну неелектроліту, наприклад глюкози, необхідно розчинити 1/3 її граммолекули у 1 л дистильованої води, тобто 60 г. При виготовлені розчинів електролітів враховують те, що їх молекули не стійкі і осмотичний тиск розчину зростає у стільки разів, на скільки йонів розпадається молекула. Тому для виготовлення ізотонічного розчину хлористого натрію (]ЧаС1), що дисоціює на два йони (Ка⁺ та СІ"), потрібно брати не 1/3 граммолекули, тобто не 20 г, а у два рази менше - 1/6 (10 г). Так само для виго­товлення ізотонічного розчину сірчанокислого натрію (Ка₂§0₄), що дисоціює на три йони, потрібно брати 1/9 граммолекули на 1 л води.

На підставі проведених розрахунків та кріоскопічної перевірки встановлено, що ізотонічними розчинами глюкози для сперми барана є 6,4 %-ний, бугая та кнура - 6,

128

Сперма. Фізіологія та біохімія сперми

жеребця - 7,2, кроля - 5,4, пса - 8 %-й. Ізотонічними для сперми ссавців є також 1 %-й розчин хлористого натрію, 2,8 %-й розчин цитрату натрію, для сперми кнура - 3,7 %-й розчин желатину.

При проведенні штучного осіменіння слід користуватися лише ізотонічними роз­чинами, уникати попадання у сперму води, оберігати її від підсихання.

Реакція середовища. Як відомо, наявні у спермі ферментні системи вимагають для своєї активності відповідної реакції. У кислому середовищі їх активність, а отже, і рухливість сперміїв гальмується, а в лужному, навпаки, активується.

рН-ЬеН.

Для визначення ступеню кислотності користуються показником рН. Це від'ємний десятинний логарифм кількості водневих йонів в 1л сперми, тобто рН-Ь§Н. Він може бути виражений цифрами від 0 до 14. Підвищення чи зниження рН на одиницю озна­чає зменшення чи збільшення кислотності у 10 разів, на 3 - у 100 разів; свіжоодержа-на сперма бугая має рН біля 6,5-6,7, барана - 7,08, жеребця - 7,23, кнура - 7,57.

При зберіганні сперми реакція її поступово змінюється у бугая і барана - у кислий, кнура та жеребця - у лужний бік. У кислому середовищі рухливість сперміїв галь­мується, а в лужному активується. Проте живучість сперміїв залежить не лише від величини рН, а й від того, якою кислотою обумовлені його зміни, здатністю цієї кис­лоти проникати всередину спермія. Оболонка живих сперміїв, що майже непроникна для вільних йонів водню, легко пропускає недисоційовані молекули слабких кислот. Проникнувши у клітину, молекули цих кислот розпадаються на іони і підкислюють внутрішньоклітинне середовище. Органічні кислоти (молочна, оцтова, янтарна, мас­ляна та ін.) у розчинах не піддаються дисоціації, а проникають крізь ліпопротеїдну оболонку спермія і лише тоді розкладаються на іони, підкислюючи внутрішньоклі­тинне середовище і гальмуючи обмін речовин. Тому навіть у малій концентрації вони гальмують рухливість сперміїв.

Неорганічні кислоти (соляна, сірчана, фосфорна та ін.) у розчинах повністю дисо­ціюють на вільні йони, які не проникають крізь оболонку спермія, тому навіть у зна­чних концентраціях (при рН 4,1) вони не позначаються на їх рухливості, тоді як слаб­кі органічні кислоти (наприклад молочна) знижують їх рух уже при рН 6,0 (В. К. Ми-лованов).

Буферність сперми. Різкі коливання концентрації водневих йонів несприятливо позначаються на виживанні сперміїв, проте у процесі філогенезу в організмі виро­билися специфічні пристосування у вигляді буферних систем, які пом'якшують ці коливання кислотності чи лужності. Так, у плазмі сперми ссавців є значні концен­трації слабо дисоційованих кислот (лимонної, фосфорної, вугільної), які, віддаючи свій метал сильно дисоційованій кислоті, перетворюють її на сіль і нейтралізують кислотність. Вивільнювані ж при цьому слабкі кислоти дають набагато менше водне-зих йонів, ніж сильні. Крім того, при наявності значної кількості лугу, вони здатні від­давати водень, нейтралізуючи цим гідроксильні йони (ОН). Тому солі слабких кислот -: буферами сперми.

Буферними властивостями володіють також білки сперми, оскільки вони здатні зв'язувати кислоти та лужні речовини.

129

Розділ 4

При розрідженні сперми концентрація наявних у ній солей зменшується, у зв'язку з чим знижується буферність середовища.

Зміни рН сперми бугая та барана у межах 6,5-7 нешкідливі для сперміїв, тоді як вихід за ці межі негативно позначається на їх життєвості. Для підтримання рН у межах 6,5-7 до сперми додають буферні розчини солей слабких кислот - цитратів чи фосфатів.

Вплив температури. Виживання сперміїв у зовнішньому середовищі у значній мірі залежить від температури зберігання сперми. Як уже повідомлялося, формуван­ня і дозрівання сперміїв відбувається при температурі, що на 3-4° нижча температури тіла. У придатку сім'яника вони можуть зберігатися у стані анабіозу біля двох місяців, а після змішування з секретами додаткових статевих залоз та активування життєвих процесів спермії гинуть при температурі тіла протягом декількох годин. Підігрівання сперміїв до 42 °С викликає швидку втрату ними рухливості та запліднюючої здатнос­ті, а при 48 °С вони гинуть внаслідок коагуляції білка.

При зниженні температури рухливість сперміїв сповільнюється, біля 0 °С у них на­ступає стан анабіозу, при якому зупиняється рухливість, загальмовуються обмінні про­цеси, внаслідок чого збільшується виживання сперміїв. У стані глибокого анабіозу при температурі мінус 196 °С вони можуть зберігатися роками, поновлюючи свою рухли­вість та запліднюючу здатність після розморожування, якщо ж спермії раптово охоло­джувати від 20 °С до 0° або навіть від 38° до 20 °С, то у них наступає "холодовий удар" (температурний шок), внаслідок якого гине більша частина чи навіть усі спермії.

Механізм пошкоджуючої дії холодового шоку остаточно не з'ясований. Вважа­ють, що під впливом холодового удару у сперміїв пошкоджується акрозома, цитоплаз­матичні мембрани, про що свідчить вихід електролітів та ферментів у навколишнє середовище. Акрозома втрачає свої специфічні фосфоліпіди. Ф. І. Осташко приписує важливу роль у механізмі шоку осмотичним та дифузним процесам. Щоб уникнути холодового удару слід суворо дотримуватися рекомендованого температурного режи­му у приміщеннях, де працюють зі спермою; застосовувані інструменти, розчини, середовища повинні бути теплими; одержана сперма не повинна піддаватися різкому охолодженню. У середовища для розрідження сперми вводять жовток курячого яйця, ліпідні компоненти якого (ліпопротеїн, лецитин, фосфоліпіди) нашаровуються захис­ним шаром на поверхні сперміїв і захищають їх від температурного шоку.

Вплив світла. У статевих органах самця та самки спермії ніколи не піддаються впливу світла, тому у них не виробилося будь-яких захисних пристосувань щодо ньо­го. Хоча у далекому минулому спермії ссавців були пристосовані до виживання у вод­ному середовищі та дії розсіяних сонячних променів.

Ця риса у якійсь мірі збереглася у сперміїв ссавців - розсіяне світло не діє на них негативно. Що ж стосується прямих сонячних променів, то ультрафіолетова їх части­на, активізуючи хімічні процеси, прискорює накопичення токсичних продуктів обміну речовин, а інфрачервоні промені проявляють негативний вплив через тепловий ефект.

Шкідливим для сперміїв є також яскраве електричне світло. Тому слід оберігати сперму від прямих сонячних променів, працюючи з нею при неяскравому освітленні;

130

Сперма. Фізіологія та біохімія сперми

бажано, щоб стекла у вікнах лабораторії, а також електричні лампочки були матови­ми. У крайньому випадку на вікнах чіпляють марлеві чи поліетиленові занавіски. При осіменінні тварин на відкритому повітрі флакони, ампули, пакети зі спермою, піпетки для осіменіння слід накривати марлевими серветками.

Вплив хімічних речовин. У природних умовах спермії зустрічаються з обмеженою кількістю речовин, наявних в організмі у фізіологічних концентраціях. При штучно­му осіменінні змінюється кількість цих речовин та їх якість. Широко застосовують тут миючі, дезінфікуючі та лікарські речовини. Спермії дуже чутливі до дії різних хімічних речовин - лізолу, креоліну, формаліну, скипидару, марганцевокислого ка­лію, нашатирного спирту, сулеми, ефіру, лугів, оцтової кислоти, окислів міді, заліза, срібла, нікотину та ін. Мінімальні їх кількості, навіть запах, шкідливі для сперміїв. Тому категорично заборонено зберігати ці речовини на племпідприємствах і пунк­тах штучного осіменіння або ж влаштовувати пункти поблизу ветеринарних установ. Всі інструменти, з якими стикаються спермії, повинні бути скляними, а металеві (на­приклад піхвові дзеркала) повинні бути нікельованими. Миття та стерилізація по­суду, інструментів і приладів слід проводити у ємностях з неокислюваних металів чи з антикорозійними покриттями (емалі, нікель і т. п.). Не дозволяється зберігати у лабораторії та поблизу неї сторонні речовини, особливо медикаменти та деззасоби. Токсичними для сперміїв є також окремі сорти гуми, в тому числі гумові камери, дистильована вода, поліетиленові прилади, а також вазелін, що застосовується для змащування штучних вагін.

Тому для дезінфекції приміщень племпідприємств та пункту штучного осіменін­ня користуються лише такими засобами, які не мають запаху (їдкий нагрій, свіжо згашене вапно), а для стерилізації інструментів та матеріалів користуються кип'ятін­ням, автоклавуванням, сухим жаром і, як виняток, чистим спиртом - ректифікатом, пам'ятаючи, що навіть у 0,5 %-й концентрації він згубно діє на спермії.

Вплив мікробного та грибкового забруднення. Одержана від плідників сперма цуже часто буває забруднена мікроорганізмами та грибами, які попадають сюди із сечівника та з довкілля. Суттєвим джерелом мікробного забруднення сперми кнурів є дивертикул препуція. Як довели І. Г. Мороз та М. М. Рязанський, дивертикулоектомія у кнурів знижує мікробне забруднення у них сперми, підвищує заплідненість та пло­дючість свиноматок.

Ступінь мікробного забруднення сперми залежить від здоров'я плідника, його гігієнічного стану, чистоти штучної вагіни, манежу, лабораторії, терміну зберігання сперми та багатьох інших факторів.

У 1 мл сперми бугаїв, що утримувалися у поганих гігієнічних умовах, П. Мари­ни виявляв до 230 млн мікроорганізмів, а в 1 см³ повітря приміщень пунктів штуч­ного осіменіння - до 2,6 млн мікроорганізмів. У спермі виявляється як сапрофітна, непатогенна мікрофлора, так і патогенна, протозої та рікеції. Попадаючи у сперму нроорганізми не лише конкурують зі сперміями за поживні речовини, діють на них несприятливо продуктами свого обміну, а й руйнують їх оболонки та перфораторій

131

Розділ 4

(Г. В. Звєрєва і Л. А. Чорномаз; Г. В. Звєрєва та В. А. Яблонський). Через штучне осі­меніння забрудненою спермою можуть передаватися такі захворювання, як трихо­моноз, вібріоз, бруцельоз, лептоспіроз, ящур та ін. Осіменіння тварин інфікованою спермою може бути причиною ендометритів та різного виду ембріопатій.

Для боротьби з мікрофлорою сперми застосовують різні антимікробні препарати, але, по-перше, видовий склад мікрофлори дуже багатий, а, по-друге, усі антимікробні засоби діють не лише на мікроорганізми, а й на спермії, тому застосовувати їх слід дуже обережно.

Сапсіісіа аІЬісаш, Азрег§і11и8 &ті§аіш,

ЬісМіеітіа согутЬі&га

Г. В. Звєрєва та А. М. Репко встановили, що у свіжій та збереженій спермі, поряд з бактеріями, зустрічається до 21 виду грибів, які володіють патогенними та токсич­ними властивостями. Такі патогенні гриби, як Сапсіісіа аІЬісаш, Азрег§і1ш8 Гшш§аш5, ЬіспгЬеітіа согутЬіїега сприяють виникненню ендометритів у корів, а при настанні вагітності викликають загибель ембріонів та плодів. Тому особливу увагу слід зверта­ти на чистоту приміщень та стерильність застосовуваних інструментів та матеріалів. Дозволяється використовувати для осіменіння тварин сперму з вмістом у ній до 5 тис. мікробних тіл, вільну від патогенної мікрофлори та синьогнійної палички, а вміст ін­ших мікробних тіл у ній не повинен перевищувати 5 тис. Колі-титр такої сперми бугая не повинен перевищувати 0,3.